季節性涌水隧道施工技術探討

于成博

1 工程概況

施家梁隧道位于重慶市北碚區境內，為三線大跨隧道。隧道左線長4 303 m(LK 43+107～LK47+410)，右線長4 267.5 m (K43+103～K 47+370.5)，屬特長隧道，且為全線控制性工程。公路設計等級為高速公路(六車道)，設計荷載為公路—Ⅰ級，計算行車速度:100 km/h;路基寬度:分離式16.75m，整體式33.5m;隧道建筑限界:寬14.5m，高5.0m。隧址區巖溶水主要賦存于三疊系中統雷口坡組、下統嘉陵江組合飛仙關組，以嘉陵江組為主要含水巖組，多形成帶狀的溶蝕槽谷，巖溶較發育，巖溶水較為豐富。隧道豐水期涌水量推薦為 12 000m3/d。

2 溶洞概況

原設計隧道洞身K44+050～K44+100段穿越地層為三疊系中統雷口坡組(T2L)及三疊系下統嘉陵江組四段(T1J4)白云巖、白云質灰巖、泥質灰巖夾鹽溶角礫巖及灰巖，灰巖為微晶結構，中厚層狀構造。巖層產狀為 134°∠43°，主要發育兩組構造裂隙，其產狀為:①232°∠68°，②315°∠47°，呈閉合～微張狀，局部泥質充填。地下水較貧乏。灰巖單軸飽和抗壓強度Rc=31MPa，完整性系數Kv=0.66，K1=0.2，K2=0.2，[BQ]=308。2007年2月10日，隧道右線上斷面開挖至K 44+063，圍巖為灰巖夾泥巖，隧道左側出現一較大溶洞，溶洞沿隧道前進方向長7 m，高7m，深6m，自隧道底部傾斜向上。上部逐漸變為直徑 0.8m的小溶洞向隧道頂部延伸，高度不可測，下部逐漸變為直徑為 1m的小溶洞向隧道左線方向傾斜向下，深度不可測，溶洞內無水，但有水流痕跡。延伸至K44+070處溶洞消失(見圖1)。開挖至K44+090，隧道右側拱腰處又出現一個溶洞，直徑 1m，溶洞沿隧道頂部傾斜向上，高度不可測。溶洞內無水也無流水痕跡(見圖 2)。

當時K44+063～K44+070處溶洞處理方案為:1)溶洞內虛渣清除干凈，留足 1m的保證溶洞內水流暢通;2)對溶腔壁進行錨桿加固，防止溶腔壁垮塌堵塞排水通道;3)加強隧道的襯砌支護，由原設計的初期支護為鋼格柵拱架調整為 18工字鋼拱架，50 cm鋼筋混凝土襯砌調整為60 cm的鋼筋混凝土;4)為防止雨季上部溶洞水流壓力影響隧道安全，采用C20混凝土做 1m厚的護拱做保護。

K 44+090處溶洞無水也無水流痕跡，故只在隧道初期支護時埋設了 5根φ116的波紋管，以用做排水措施。在K 44+063處襯砌左上部和K 44+090處襯砌右上部及右下部各預留出一個觀察孔，以便觀察溶洞后期的涌水量。

3 溶洞突水情況

至 2007年 6月上旬，重慶市降雨比較少，溶洞內水量較小。2007年 7月，重慶市連降暴雨，K44+063～K 44+090襯砌施工縫處開始出現大量滲水，且水壓非常大。經分析，原因是K 44+090溶洞處有大量涌水，由于開口較小，涌水不能及時流出，在隧道頂部形成大面積的承壓水，隧道襯砌無法承受巨大水壓力，造成大量涌水從K 44+090附近襯砌施工縫中流出。為緩解襯砌壓力在此處鉆孔引水，開孔后在溶洞處出現射程在 14m的股狀壓力水，最終拆除K 44+090處2 m的二次襯砌，經觀察及檢測后測得此溶洞在暴雨后涌水峰值達到 8 700m3/h(208 800m3/d)，已完全超過地勘預測的涌水量，也遠超過原設計排水系統的過水能力(60 770m3/d)。由前期溶洞揭露出的干枯情況以及后期涌水觀測記錄，可以推斷出此溶洞涌水屬于季節性溶洞涌水。

4 溶洞排水處理

由于原設計洞內排水系統的最大排水能力為60 770m3/d，無法滿足 208 800m3/d最大用水量的要求，所以必須改造原有的洞內排水系統或另外新建一個泄水洞來滿足最大涌水量。新建泄水洞能徹底的解決涌水問題，但泄水洞進口地段處于坡積層中，主洞施工時曾產生輕微表層滑動，泄水洞施工存在安全風險。且K 44+090溶洞位置距離隧道進口 K 43+103直線距離就有近1 000m，泄水洞斷面又小，獨頭掘進施工困難，工期長，投資較大。

改造洞內排水系統即將隧道截斷的原有的巖溶管道，通過修建仰拱下橫向暗溝和改造加寬原有的縱向φ50 cm的中心排水管連接起來，將K44+090涌水點巖溶水引至K44+063溶洞，再通過K 44+063溶洞底部約 1m的巖溶管道將水引入既有的巖溶排水系統。橫向暗溝采用1.4m×1m(1.75%流水坡)斷面尺寸，其最大的排水能力為47 000m3/d，縱向排水溝改造為1.4m×1.4m的排水溝，滿足百年一遇的最大涌水量 21 000m3/d的要求。此方案施工難度小，投資小，工期較短，故選為溶洞處理的實施性方案。溶洞排水平面布置圖見圖 3。

引入溶洞的施工難度主要是要保持K 44+063處溶洞管道的通暢。為對溶腔壁進行加固和加寬溶洞內的過水斷面，拆除了K 44+063和 K44+090處襯砌各 2m和 3m。拆除二次襯砌前，先鑿槽嵌入托梁，同時注意不破壞兩側防水層，在恢復襯砌時，將兩側的防水層連接好。托梁與二次襯砌處設置橡膠止水帶。溶腔壁加固采用長2.5m的φ22砂漿錨桿，呈梅花形布置，間距為1.0m×1.0m。拆除原有中心排水管后，為減小對原隧道襯砌結構的影響，在擴挖和仰拱填充拆除時采用靜態破碎劑處理。排水暗溝立模后，原C15片石混凝土填充回填采用 C20混凝土。暗溝蓋板采用1.4m×1m的C25混凝土蓋板。恢復二次襯砌時，在既有的未拆除襯砌中插入長1m的φ22鋼筋，間距25 cm，雙層布置。插入未拆除襯砌50 cm，預留50 cm的鋼筋，保證新老襯砌混凝土的緊密連接。在 K 44+090巖溶水出水點設置一個排水廊道，同時為緩解巖溶水下泄時的巨大沖力，在排水廊道頂部設置一預留 4個過水孔的頂板，每個過水孔的直徑為 60 cm。同時分別在K 44+063和K 44+090處襯砌設置一檢修洞門，以便后期對溶洞水進行觀測。

5 結語

對巖溶水的處理通常原則是以“排”為主，截、堵、排、防相結合的綜合處理措施。“截”是指截斷原有地下水通道，改走其他通道;“堵”是封死相交的地下水通道;“排”是特指引入隧洞，通過排水溝排走;“防”是指防止地下水進入隧道即可。

在隧道溶洞段襯砌施工過后溶洞才出現的大量巖溶水，本文認為巖溶水的處理應該是以“通”為主要，即是盡量保持原有過水通道，讓巖溶水通過自然的、原有的巖溶管道排出。這樣既可以保證巖溶水能全部排走，不會形成承壓水，造成新的突水點，在施工上難度也不大，對原有的隧道結構不會產生很大的影響，工程投資也不會很大。

[1] 羅 瓊.巖溶隧道施工技術[J].隧道建設，2004，24(5):57-61.

[2] JTJ 042-94，公路隧道施工技術規范[S].

[3] 孫海洲.富水黃土隧道施工技術[J].山西建筑，2010，36 (11):338-339.